Гомогенізатори - це тип змішувачів, які застосовують механічні сили для змішування, емульгування, дисперсії та розчинення рідко-рідких і твердоліквідних систем. Залежно від гомогенізаторної моделі обертального зсуву, форсунки або ультразвук високої потужності використовуються для створення необхідних сил для розпаду і розпаду твердих частинок, а також рідких крапель. Дізнайтеся більше про гомогенізаторні пристрої та їх застосування в дослідженнях і виробництві!

Що таке гомогенізатор?

Гомогенізатор - це клас змішувальних пристроїв, який призначений для розбиття частинок, як твердих, так і рідких, в однорідну суміш. Гомогенізатори доступні як лабораторне, настільне та промислове обладнання, що використовується для різних застосувань у дослідженнях та промисловості. Типове застосування гомогенізатора включає змішування та розпад різних матеріалів, включаючи частинки, пігменти, хімічні речовини, рослини, продукти харчування, клітини, тканини, серед інших.

Огляд різних типів гомогенізаторів

Різні типи гомогенізаторів є комерційно доступними для використання в лавці-топі і промисловому великомасштабному виробництві. Однак ротор / статор (колоїдні) змішувачі, гомогенізатори високого тиску та ультразвукові гомогенізатори є найбільш широко використовуваними моделями.
Робоче колесо або змішувачі леза мають спінінгове лезо, яке обертається на великій швидкості внизу посудини для змішування, тим самим об'єднуючи різні матеріали в однорідну суміш.
Як і назва змішувач ротора/статора вже мається на увазі, ротор / статор змішувач має ротор і компонент статора. Ротор являє собою металевий вал, який обертається на високих швидкостях всередині статора. Статор - це металева частина, яка залишається нерухомою. Обертання ротора створює всмоктувальний ефект, який переміщує твердо-рідкий матеріал між статором і ротором, де тверді речовини зводяться до меншого розміру частинок.
Принцип роботи гомогенізатор високого тиску (HPH) базується на використанні насоса високого тиску та клапана (насадки, отвори), що робить обладнання великим, важким та дорогим. Оброблена суспензія змушена з високою швидкістю потоку через невелику отвір, що зменшує розмір частинок, оскільки частинки вимагають певного невеликого розміру для того, щоб пройти через клапан. Особливо при обробці твердих речовин HPH схильні до засмічення.
Ультразвукові гомогенізатори використовувати високі зсувні сили, що генеруються акустичною кавітацією, що дає їм різні переваги перед іншими методами гомогенізації. Принцип роботи та переваги ультразвукової гомогенізації представлені нижче.

Ультразвук високої потужності як гомогенізуюча сила

Ультразвуковий гомогенізатор використовує високоінтенсивні ультразвукові вібрації та кавітацію, щоб створити дуже інтенсивні сили зсуву, і тому його можна назвати суперінтенсивним змішувачем з високим зсувом. Секретом надінтенсивних високоміцних сил є акустична кавітація, яка генерується ультразвуковими хвилями високої потужності. Ультразвуковий гомогенізатор має генератор, який є блоком живлення та управління, і перетворювач. Перетворювач містить п'єзоелектричну кераміку. Ці п'єзоелектричні кераміки перетворюють електричну енергію в коливання, так як п'єзоелектричні кристали змінюють свої розміри і форму при нанесенні напруги. Коли частота електронного осцилятора дорівнює природній частоті п'єзоелектричного кварцу, виникає резонанс. У резонансних умовах кварц виробляє поздовжні ультразвукові хвилі великої амплітуди.
Згенеровані ультразвукові хвилі потім з'єднуються через ультразвуковий зонд (сонотрод / ріг) в технологічне середовище. Амплітуда у ультразвукового зонда визначає інтенсивність ультразвукових хвиль, які передаються в рідину або суспензію. Ультразвукові хвилі генерують чергування циклів високого тиску та низького тиску в рідких середовищах. Під час циклу низького тиску високоінтенсивні ультразвукові хвилі виробляють невеликі вакуумні бульбашки в рідині. Під час циклу високого тиску дрібні вакуумні бульбашки руйнуються руйнівно. Це явище називається кавітацією. Імплозія кавітаційних бульбашок також може генерувати рідкі струмені з високою швидкістю до 280 м/с, що призводить до потужних зсувних сил. Сили зсуву ламають частинки, викликають зіткнення між частинок і механічно порушують крапельки і клітини, сприяючи одночасно високоефективному передачі маси. Ці кавітаційні сили виробляють рівномірні і однорідні дисперсії, емульсії і суспензії, а також, як відомо, сприяють хімічним реакціям (так звана сонохімія).

Акустична кавітація (породжена ультразвуком високої потужності) створює локально екстремальні умови, так звані сономеханічні і сонохімічні ефекти. Завдяки цим ефектам ультразвук зменшує тверді і рідкі частинки і змішує їх в однорідну рецептуру.

Ультразвукові гомогенізатори – Переваги

Ультразвукові гомогенізатори перевершують, коли мова йде про виробництво твердоліквідних (так званих шламів) і рідко-рідких суспензій і розчинів. Оскільки ультраакукатори використовують принцип роботи ультразвукової кавітації, матеріал повинен бути вологим або у вологій фазі, так як кавітація відбувається тільки в рідині. Це означає, що ультраакулятор не буде дуже ефективним у змішуванні сухого порошку, але як тільки порошок змочується, ультразвук є найбільш ефективним методом змішування. Ультразвукові гомогенізатори добре відомі для надійного змішування, змішування та розсіювання навіть паст та високов'язких матеріалів. Надзвичайно інтенсивні сили, викликані імплозією кавітаційних бульбашок, створюють не тільки дуже потужні сили високого зсуву, але і локально обмежені високі температури і тиск, а також відповідні диференціали. Ці комбінації фізичних сил порушують частинки до набагато менших розмірів, ніж звичайний гомогенізатор. Тому ультразвукові гомогенізатори є кращим обладнанням для надійного виробництва нанорозмірних емульсій і дисперсій.

Застосування ультразвукових гомогенізаторів

Ультразвукові гомогенізатори широко використовуються в лабораторних і промислових об'єктах для гомогенізації твердоліквідних і рідко-рідких суспензій, зменшення розміру частинок, порушення і вилучення біологічного матеріалу, посилення хімічних реакцій і розчинення розчинних сполук.

Ультразвукове емульгування

Емульгування - це процес змішування двох або більше незмінених рідин разом з метою приготування стабільної або напівстабільної суміші. В цілому ці дві рідини складаються з нафтової фази і водної (водної) фази. Для стабілізації суміші різних рідких фаз додають емульгатор (ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНУ РЕЧОВИНУ / ко-ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНУ РЕЧОВИНУ). Розмір крапельки емульсії відіграє вирішальну роль, коли справа доходить до функціональності та стабільності емульсії. Оскільки ультразвук створює сономеханічні сили, які розщеплюють крапельки і зменшують їх до хвилинних крапель, ультразвук є дуже популярним методом для виробництва мікронних і наноемульсій. Ультразвукові гомогенізатори є надійним інструментом для виробництва емульсій O /W та W/O, обернених емульсій, подвійних емульсій (O/W/O, W/O/W), міні-емульсій, а також емульсій Pickering. Виходячи з цієї гнучкості та надійної емульгуючих здатності, ультразвукові гомогенізатори (іноді їх також називають ультразвуковими емульгаторами, коли вони використовуються для емульгування) використовуються, наприклад, у хімічній, харчовій, фармацевтичній та паливній промисловості для виробництва довгострокових стабільних емульсій.
Натисніть на наступні посилання, щоб дізнатися більше про Нано-емульсії, і Пікерінг Емульсії!

ультразвукова Дисперсія

Ультразвукові гомогенізатори дуже ефективні, коли агломерати частинок, агрегати і навіть первинні частинки повинні бути надійно зменшені в розмірах. Перевагою ультразвукових гомогенізаторів є їх здатність змішувати частинки до менших і більш рівномірних розмірів частинок, незалежно від того, чи націлені мікрон- або наночастинки в результаті процесу. Кавітаційні сили зсуву і рідкі потоки прискорюють частинки так, що вони стикаються один з одним. Це називається міжчастинним зіткненням. Самі частинки виступають в якості фрезерного середовища, що дозволяє уникнути забруднення шляхом подрібнення бісеру і подальшого процесу поділу, який необхідний при використанні звичайних бісероплетіння млинів. Оскільки частинка стикається міжчастинним зіткненням на дуже високих швидкостях до 280 м/сек, надзвичайно високі сили застосовуються до частинок, які, отже, руйнуються на дрібні фракції. Тертя і ерозія надають цим фрагментам частинок поліровану поверхню і рівномірно сформовану форму. Поєднання зсувних сил і зіткнення міжчастинок дають ультразвукову гомогенізацію і дисперсію вигідний край, забезпечуючи дуже однорідні колоїдні суспензії та дисперсії!
На малюнку нижче зображені кавітаційні сили ультразвуку на графітових пластівцях.

Високошвидкісна послідовність (від а до f) кадрів, що ілюструють сономеханічне відлущування графітового пластівці у воді за допомогою UP200S, ультразвуковий апарат 200 Вт з 3-мм сонотродом. Стрілки показують місце розщеплення (відлущування) з кавітаційними бульбашками, що проникають в розкол.
© Тюрніна та ін. (CC BY-NC-ND 4.0)

Дисперсія і гомогенізація наноматеріалів

Як для емульсій, так і для дисперсій, приготування нанорозмірних сумішей є складним завданням. Більшість звичайних методів гомогенізації та змішування, таких як змішувачі леза, бісерні млини, гомогенізатори високого тиску та інші змішувачі, здатні виробляти частинки розміром з мікрон, але вони не можуть надійно зламати краплі та тверді речовини до нанорозміру. В основному це пов'язано з недостатньою інтенсивністю. Наприклад, змішувачі леза не забезпечують достатнього зсуву для розриву частинок до нанорозміру. Бісер млини, інший тип гомогенізатора, не можуть фрезерувати тверді речовини рівномірно до більш тонкого розміру частинок, ніж самі намистини (шліфувальні середовища). Звичайні шліфувальні намистини мають середній розмір від 1500 мм – 35 000 мм. Ще однією проблемою є забруднення зносом фрезерного середовища. Оскільки ультраакулятори забезпечують надзвичайно високі, але точно контрольовані сили зсуву, ультразвукова кавітація є кращим методом для надійного виробництва нанодисперсії та наноемульсій в лабораторії (R&D), пілотні та промислові установки.

Масштабування ультразвукових гомогенізуючих процесів

При масштабуванні від лабораторного ультразвукового гомогенізатора до експериментального ультраакулятора, а також від пілотної системи до повномасштабного виробництва ультразвукового гомогенізатора, масштаб може бути застосований повністю лінійно! Всі важливі параметри процесу, такі як амплітуда, тиск, температура і час обробки, залишаються постійними, тільки площа поверхні ультразвукового зонда і ультраакулятор як енергійний агітатор зонда масштабуються до більших, більш потужних одиниць. Лінійна масштабованість ультразвукових процесів гомогенізації дозволяє отримати у великому виробництві ті ж якісні результати, що і в лабораторних і пілотних умовах.

Знайдіть найбільш підходящий ультразвуковий гомогенізатор для вашого процесу!

Hielscher Ultrasonics - ваш давній досвідчений партнер для ультразвукових гомогенізаторів. Всі ультразвукові апарати Hielscher розроблені, виготовлені та протестовані в нашій штаб-квартирі в Німеччині, перш ніж ми відправимо їх нашим клієнтам по всьому світу. Ультразвукові гомогенізатори Hielscher - це високоякісні пристрої, харктеризовані постійною високою продуктивністю, надійністю, надійністю та зручністю у використанні. Технічна складність ультразвукової технології гомогенізації дає користувачам обладнання Hielscher конкурентні переваги, які роблять їх лідером на ринку у своїй галузі. Завдяки широкому асортименту продукції від лабораторних та настільних гомогенізаторів, пілотних систем та повністю промислових ультразвукових гомогенізаторів для комерційних виробництв, Hielscher має ідеальну ультразвукову систему змішування для ваших вимог. Різноманітні аксесуари дозволяють ідеально налаштувати ультразвуковий гомогенізатор – відповідність індивідуальним потребам.
Розкажіть нам про свої вимоги та специфікації процесу – ми з радістю порекомендуємо вам найбільш підходящий і ефективний ультразвуковий гомогенізатор для вашого застосування!

Висока ефективність з ультразвуковими гомогенізаторами

Завдяки надзвичайній ефективності процесу, розумним інвестиційним витратам, дуже високій енергоефективності та низьким витратам на робочу силу та технічне обслуговування, ультразвукові гомогенізатори Hielscher перевершують звичайні методи гомогенізації та досягають швидкого roi (Рентабельність інвестицій). Часто ультразвуковий гомогенізатор амортизується протягом декількох місяців.

Ультразвук високої потужності для промислової гомогенізації

Амплітуда є найважливішим параметром процесу в процесах гомогенізації, керованих ультразвуком. Всі ультразвукові апарати Hielscher дозволяють точно контролювати амплітуду. Залежно від мети процесу, нижча амплітуда може бути встановлена для більш м'яких умов обробки або висока амплітуда вибирається для більш руйнівних результатів дисперсії. Hielscher Ультразвук’ промислові ультразвукові процесори можуть доставляти дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно запускати в роботі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.

Низькі вимоги до технічного обслуговування ультразвукових гомогенізаторів

Ультразвукові гомогенізатори не тільки легко чистяться, оскільки сонотрод і реактор є єдиними компонентами, які є мокрими частинами і контактують з обробленим матеріалом. Сонотрод (також відомий як ультразвуковий ріг або зонд) і реактор виготовляються з титану і нержавіючої сталі, відповідно, і мають чисту геометрію без отворів або мертвих кутів.
Єдиною частиною, яка підлягає зносу, є ультразвуковий зонд, який можна замінити без значних збоїв в роботі. Сонотрод лабораторного ультраакукатора змінюється протягом приблизно 10 хвилин, в той час як зміна сонотрода промислового ультразвукового гомогенізатора може зайняти приблизно 30-45 хвилин.

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв: